特高压直流输电的若干技术问题

1特高压直流输电的若干技术问题特高压直流输电的若干技术问题1中国工程院院士李立浧2008.11.29华北电力大学提纲„特高压直流输电的建设背景„特高压直流输电的若干技术问题…特高压直流关键设备…绝缘和绝缘配合…主接线©CSG2008.Allrightsreserved.2…主接线…控制保护…运行方式…电磁环境…可靠性…电力系统…输电线路和接地极…结束语特高压直流输电的建设背景特高压直流输电的建设背景我国电力的高速发展©CSG2008.Allrightsreserved.3我国电力的高速发展大电源基地的建设西电东送战略（资源、负荷的逆向分布）特高压直流输电的特点两个特高压直流输电工程的示范工程开始建设我国电力高速发展我国电力高速发展©CSG2008.Allrightsreserved.4我国电力高速发展我国电力高速发展特高压直流输电技术适应中国电力的发展特高压直流输电技术适应中国电力的发展„2004年，全国装机440GW„2007年，全国装机718GW„2010年预计全国装机900GW©CSG2008.Allrightsreserved.5„2010年预计全国装机900GW„2020年预计全国装机1470GW„每年新增装机100－50GW„全国装机总量为717.8GW(7.178亿千瓦）„其中，水电148.23GW，火电556.07GW，核电8.85GW„全国发电量32644亿kw.h，水电4713.54亿2007年中国电力系统概况©CSG2008.Allrightsreserved.6全国发电量32644亿kw.h，水电4713.54亿kw.h，火电27206.59亿kw.h„全国35kV及以上输电线路1106345km„全国35kV及以上变电设备容量2424.43GVA（24.2443亿千伏安）2大电源基地建设大电源基地建设©CSG2008.Allrightsreserved.7大电源基地建设大电源基地建设„西部大水电基地…云南小湾水电站及其周围电站1000多万千瓦送电广东，输电距离1500公里…金沙江向家坝、溪洛渡、乌东德等水电站，雅垄江锦屏电站有3000多万千瓦送电华中、华东、©CSG2008.Allrightsreserved.8垄江锦屏电站有3000多万千瓦送电华中、华东、南方，输电距离1000～2000公里„西部大火电基地…陕西、山西、宁夏、内蒙火电基地送电华北、华中、华东负荷中心西电东送战略（资源、负荷逆向分布）西电东送战略（资源、负荷逆向分布）©CSG2008.Allrightsreserved.9西电东送战略（资源、负荷逆向分布）西电东送战略（资源、负荷逆向分布）电源与负荷分布的不均衡„电源在西部、北部„负荷在东部©CSG2008.Allrightsreserved.10„西电东送的格局形成的必然性北通道Northcorridor©CSG2008.Allrightsreserved.11西电东送规模,GW水平年北通道中通道南通道总计20057710》202010202020》6020204040401202030505050150中通道Centralcorridor南通道Southcorridor‰北通道¾西北黄河上游梯级水电开发东送¾陕北、宁夏火电向华北电网送电©CSG2008.Allrightsreserved.12¾华北电网内部蒙西、山西向京津冀、山东电网送电¾西北电网内部新疆哈密向甘肃送电3‰‰北通道规划的直流工程项目北通道规划的直流工程项目¾四川德阳—陕西宝鸡直流工程„±500千伏，3000兆瓦，600千米©CSG2008.Allrightsreserved.13¾陕西—山东直流输电工程„±500千伏或±660千伏，3000兆瓦，1000千米¾宁夏东部—青岛直流输电工程„±660千伏，4000兆瓦，1335千米‰‰中中通通道道¾三峡电站送出¾金沙江的溪洛渡、向家坝、观音岩、©CSG2008.Allrightsreserved.14¾金沙江的溪洛渡、向家坝、观音岩、乌东德、白鹤滩水电站送出¾四川雅砻江、大渡河等水电站，向华中电网、华东电网送电‰‰中通道的直流项目中通道的直流项目¾三峡送出三回直流工程三峡—常州，三峡—广东，三峡—上海溪洛渡、向家坝、锦屏送华中、华东、广东有©CSG2008.Allrightsreserved.15¾溪洛渡、向家坝、锦屏送华中、华东、广东有3－5回直流特高压、超高压工程¾观音岩、乌东德、白鹤滩电站需要多回直流输电工程送出‰‰南南通通道道¾贵州乌江流域水电站¾云南澜沧江、金沙江中游电站©CSG2008.Allrightsreserved.16¾红水河、南盘江、北盘江的水电站¾云、贵两省的水电站、火电站向广东、广西送电‰‰南通道的直流项目南通道的直流项目¾天广直流工程¾贵广直流工程©CSG2008.Allrightsreserved.17贵广直流工程¾贵广第二回直流工程¾云南（小湾）—广东特高压直流工程¾云南糯札渡—广东特高压直流工程华北东北西北陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东济南豫北420280240460340100蒙西煤电IV天津唐山青岛120300250450沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电锡盟煤电I锡盟煤电II480480280300晋中呼盟煤电沈阳安西永登白银宁东蒙西锡盟张掖靖边蒙西煤电V220260100300银川东哈密电厂哈密二、三厂×远东（俄）乌鲁木齐主网2020年前后我国电网特高压骨干网架规划图2020年前后我国电网特高压骨干网架规划图©CSG2008.Allrightsreserved.18台湾华中豫北100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电170无锡南阳300170260150上海西北100华东杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电南昌300福州400南京200240300驻马店武汉沿海核电220270300300连云港沿海核电160重庆300450晋东南煤电沿海核电沿海核电金沙江II期三峡地下电站上海西南拉西瓦兰州东西宁宁东官亭图例500kV交流±800kV级直流百万伏级交流750kV交流雅安西安东靖边400470400260晋东南煤电II滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电平凉乾县渭北东南郊×360温州280南方4南方电网概况（至2007年底）：„总装机128GW，其中水电40.9GW，火电83.1GW„07年度总发电量5536亿kw.h，其中水电1294亿kh火电3935亿kh©CSG2008.Allrightsreserved.19kw.h，火电3935亿kw.h„07年度最大负荷87.3GW，同比增长10.5%„截至07年底变电设备容量(35kV及以上)560GVA，其中500kV变电容量135.7GVA„输电线路长度(35kV及以上)196761km，其中500kV21799km南方电网2007年地理接线图18GW©CSG2008.Allrightsreserved.208交4直特高压直流输电的特点特高压直流输电的特点©CSG2008.Allrightsreserved.21特高压直流输电的特点特高压直流输电的特点超高压与特高压超高压超高压交流交流330kV330kV特高压特高压交流交流1000kV1000kV©CSG2008.Allrightsreserved.22交流交流500kV500kV交流交流750kV750kV直流直流±±500kV500kV直流直流±±800kV800kV特高压直流输电的特点„送电容量大„送电距离远„线路走廊利用率高„控制灵活©CSG2008.Allrightsreserved.23„控制灵活„调度方便„…直流输电特点„1、输送容量大：输电容量可达300万千瓦－700万千瓦„2、送电距离远，直流工程输电距离不受限制，可以达到3000公里©CSG2008.Allrightsreserved.24„3、输送的功率和大小方向可以快速控制和调节„4、直流输电接入不会增加原有电力系统短路容量5直流输电特点„5、直流输电线路走廊窄…±500KV直流走廊宽度30m，送电300万千瓦…500KV交流走廊宽度55m，送电100万千瓦…1000KV交流走廊宽度90m，送电400万千瓦„6、直流电缆线路没有电容电流问题，远距离海底送电往往采用直流©CSG2008.Allrightsreserved.25送电往往采用直流„7、直流工程的一个极发生故障时，另一极可继续运行，并可发挥过负荷能力，保持送电功率不变或减少功率损失„8、直流系统本身配有调制功能，可以根据系统要求作出反应，对机电振荡产生阻尼，提高电力系统稳定水平直流输电特点„9、使用换流站无功功率控制进行系统的交流电压调节„10、大电网之间通过直流互联（如背靠背方式）两个电网间不会互相干扰和影响，©CSG2008.Allrightsreserved.26必要时可以迅速进行功率支援±800KV—大容量远距离输电优选„±800KV较±500KV直流：…电压更高：±800KV是±500KV的1.6倍…送电容量更大…送电距离更远©CSG2008.Allrightsreserved.27…控制保护等技术复杂、要求更高…高压端的直流设备如换流变压器及其套管、穿墙套管、旁路开关、换流阀、避雷器、支持瓷柱、线路绝缘等提出更高要求±800KV—更具优势的直流方案…更大的送电容量„云南－广东特高压直流：500万千瓦„向家坝－上海特高压直流：640万千瓦„锦屏－苏南特高压直流：720万千瓦…更远的送电距离©CSG2008.Allrightsreserved.28…更远的送电距离„云南－广东特高压直流：1418公里„向家坝－上海特高压直流：1905公里„锦屏－苏南特高压直流：2078公里两个特高压直流输电工程的示范工程开始建设两个特高压直流输电工程的示范工程开始建设©CSG2008.Allrightsreserved.29„云南－广东±800KV特高压直流输电工程额定电压：±800KV额定电压：3125安培额定功率：500万千瓦©CSG2008.Allrightsreserved.302009年投产„向家坝－上海±800KV特高压直流输电工程额定电压：±800KV额定电压：4000安培额定功率：640万千瓦2010年投产6特高压直流输电的若干技术问题特高压直流输电的若干技术问题1.特高压直流关键设备5.运行方式6.电磁环境©CSG2008.Allrightsreserved.312.绝缘和绝缘配合3.主接线4.控制保护6.电磁环境7.可靠性8.电力系统9.输电线路和接地极1、特高压直流关键设备研发1、特高压直流关键设备研发„特别关注的设备：…换流变压器©CSG2008.Allrightsreserved.32…套管(穿墙套管和换流变套管)…换流阀…旁路开关…平波电抗器…控制保护换流变压器换流变阀侧套管穿墙套管旁路开关平波电抗器电压分压器电容器隔离开关直流线路换流阀换流站主设备©CSG2008.Allrightsreserved.33交流滤波器旁路刀阀直流滤波器电容器避雷管接地刀阀交流系统„换流变压器：采用双12脉动阀组串接„每站24台，（不含备用）„高压端（±800KV）制造难度大换流变压器©CSG2008.Allrightsreserved.34400kV600kV800kV换流阀组©CSG2008.Allrightsreserved.355inch-LTT5inch-LTT„换流阀：„送电容量500万千瓦„电流3125安„φ125阀片„送电容量640、720万千瓦„电流4000、4500安„φ150阀片z户内空气绝缘水冷却z悬吊式二重阀结构换流阀组©CSG2008.Allrightsreserved.36z悬吊式二重阀结构z5英寸3125A晶闸管元件z每站每极12个二重阀塔7z一个完整的单阀由2个晶闸管组件串联而成z每个晶闸管组件包括2